保障高碾压混凝土坝“生命线”

大坝既是蓄水、用水的基础设施，也是防洪减灾的一道有效屏障。随着技术的发展，近几十年来发展出了一种新坝型——碾压混凝土坝，其兼具土石坝和混凝土坝的施工特点。碾压混凝土坝技术利用振动碾将干硬性混凝土分层压实，由于碾压混凝土很干硬，水泥用量很少，而且施工较为简便和安全，因此可以实现快速、连续、大仓面机械化施工。

与传统大坝混凝土柱状浇筑法相比，该技术突破了对大坝浇筑速度和仓面面积的限制；具有工程造价低（比同类的常态混凝土坝降低造价1/3左右）、建坝周期短（比同类的常态混凝土坝缩短工期1/3左右）、环保适应性强（水泥用量比常态混凝土减少40%~50%）等优势。正因如此，这种坝型得到了广泛采用和快速发展，已经成为中国高坝大库建设的代表性坝型。中国在1986年建成的坑口重力坝中首次采用碾压混凝土筑坝技术，时至今日，已建的碾压混凝土坝大概有150座左右，其中坝高在100米以上的达到40余座，且正在和将要建设一批高碾压混凝土坝工程，坝高已经达到200 米级。

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高碾压混凝土坝能够守护 人们的生命财产安全，并在许多领域发挥不可替代的作用，那么如何让碾压混凝土坝突破现有的200米级坝高，达到甚至超越土石坝和常态混凝土坝的300米级坝高呢?我们又该如何守护碾压混凝土坝的“生命线”?

要解决这个问题，首先要明确制约碾压混凝土坝坝高的关键因素，其主要包括3个方面：

• 首先，碾压混凝土材料的特性及其演变机理尚不清楚。目前，碾压混凝土筑坝材料的性能只有20年左右的实测运行资料，对更长龄期（如50年、100年）的碾压混凝土材料特性还不清楚，研究人员对碾压混凝土筑坝材料和层间结合弱面的耐久性、粉煤灰等掺合料的长期作用机理认识和掌握尚不充分；

• 第二，尚未掌握高碾压混凝土坝的长期性能演变规律。在实际应用中，修筑大坝的地理条件等十分复杂，这对修建碾压混凝土高坝的大坝结构提出了更高的性能要求，只有掌握了其长期性能演变机理，才能有所突破，因此必须对高碾压混凝土坝结构性能的演变规律进行研究；

• 第三，复杂条件地区碾压混凝土坝的建设质量难以控制。高碾压混凝土坝的建设过程是一个极其复杂的随机动态过程，具有条件复杂、过程复杂、不确定性强等特征，容易出现层面渗漏、层间裂缝、温度裂缝、抗滑稳定性不足等问题，建设质量难以控制，可能会导致出现运行安全问题。

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研究团队开展了碾压混凝土层面渗漏溶蚀加速试验，揭示了层面溶蚀机理，建立了层面抗剪强度衰减规律，并通过一系列碾压混凝土试件的冻融试验，明确了早期冻融循环过程中碾压混凝土的性能演变规律。为了对混凝土全景荧光显微图像中气泡结构和微裂纹的识别、提取和特征参数进行自动测量，研究团队还开发了一套混凝土微结构量化分析系统，为大坝混凝土健康状况检测提供了定量分析技术。

为了更加准确地得到碾压混凝土的各种信息，研究团队采用宏观力学热学性能测试与细观结构探测相结合，试验研究与理论分析、模拟反馈相结合的手段，发展出了一系列混凝土界面细观结构与关键力学参数的测试技术，包括基于X射线计算机断层扫描影像技术、核磁共振成像等先进手段的混凝土界面细观结构、含水状态测定及特征提取，实现了含缝混凝土的整体拉伸性能、绝热温升、自生体积变形、湿胀变形以及早龄期温度断裂韧性等宏观性能，为正确把握碾压混凝土的真实性能提供了技术支持。

在碾压混凝土坝服役的过程中，地理位置、气候、海拔等都是不容忽视的影响因素，例如，高海拔地区碾压混凝土通常具有引气难的问题。针对这个问题，研究团队研制了一种新型抗冻引气材料——改性复合吸水树脂，并从环境因素和工程服役特性出发，形成了基于微结构形成与劣化控制的高性能抗冲磨混凝土设计思路。通过开展掺石粉水泥基材料性能研究，研究团队发现，早期碳化有利于低水胶比、掺石粉水泥浆体早期强度的发展，并且硅质石粉的碱活性特性对碱骨料反应具有一定的抑制作用。

高碾压混凝土坝建设过程受众多复杂因素影响，具有很强的随机性与不确定性，研究团队为此建立了耦合混凝土生产、运输和仓面作业的一体化高碾压混凝土坝施工仿真模型，以此实现高碾压混凝土坝施工进度多方案分析优化与动态控制，突破了复杂约束条件下高碾压混凝土坝施工过程中的仿真建模问题。同时，针对高碾压混凝土坝施工过程资源设备参数、施工工艺与方案等动态变化的特点，以及现有施工仿真模型难以真实、动态地反映实际施工过程的不足，研究团队提出了碾压混凝土坝施工自适应仿真理论方法，实现了大坝施工进度的实时精确分析与优化，为高碾压混凝土坝施工进度控制提供了先进的技术手段。